이 기사는 2023년 07월 19일 15:43 thebell 에 표출된 기사입니다.

삼성전자가 질화갈륨(GaN) 소재의 전력반도체 사업 진출에 본격적으로 나섰다. GaN은 탄화규소(SiC)와 함께 차세대 전력반도체 소재로 고온, 고압에 약한 기존 실리콘 반도체 한계를 극복하기 위해 태동한 분야다.

아직 4인치나 6인차 웨이퍼(반도체 원판)가 주류인 SiC와 달리 GaN은 8인치(200㎜) 웨이퍼가 보급화 된 만큼은 이 분야 파운드리 사업으로 승부를 본다는 각오다. 특히 발광다이오드(LED) 제조장비와 공정 노하우를 GaN 개발에 활용할 것으로 관측된다.

◇GaN 시장 진출 공언, 파운드리 원가·수율개선 관건

삼성전자는 지난달 27일(현지시간) 미국 실리콘밸리에서 개최한 '삼성 파운드리 포럼 2023'에서 2025년 8인치 GaN 전력반도체 파운드리 서비스를 시작한다고 밝혔다. 컨슈머(소비자), 데이터센터, 오토모티브(자동차)향이 주요 목표다.

전력반도체는 전기·전자제품에서 전력 변환과 변압, 분배·제어하는 역할을 수행하는 칩이다. 향후 데이터센터, 전기자동차 등 저전력 장치가 필요한 곳으로 활용처가 더 확산되는 만큼 성장성도 밝다. 시장조사기관 옴디아에 따르면 세계 전력반도체 시장 규모는 2019년 450억달러(약 57조원)에서 2023년 530억달러(67조원) 규모로 커질 전망이다.


삼성전자 디바이스솔루션(DS)부문은 올 초 전력반도체 TF를 신설했다. 파운드리(반도체 수탁생산)와 시스템LSI(반도체 설계)는 물론 LED 사업부, 삼성종합기술원 등이 참여한 것으로 알려졌다. LED 사업팀, 종기원 참여는 전력반도체 기술적 관련성 때문이다. GaN 웨이퍼는 LED 웨이퍼 증착장비를 통해 실리콘 원판 위에 GaN과 같은 물질을 증착해야 한다.

업계에서는 삼성전자가 GaN 웨이퍼 개발을 위한 장비 투자는 물론 LED 공정에서 쓰던 8인치 일부 장비도 같이 쓸 것으로 보고 있다. 마이크로LED 등 첨단 LED 공정 노하우를 GaN 개발에 이식, 상용화 역량과 속도를 끌어올릴 것이란 관측이다.

SiC의 경우 현재 4인치나 6인치 웨이퍼 기반이고 아직 8인치는 상용화하지 못한 반면 GaN 시장에선 8인치 제품이 주류다. 핵심은 생산단가와 수율인데 실리콘 반도체보다 만들기 어렵고 수율도 낮아 그만큼 비싸다.

◇2025년 기점으로 GaN 반도체 파운드리 상용화 경쟁

반도체 업계의 시선은 삼성전자가 화합물 전력반도체에 공개적으로 뛰어든 것과 더불어 2025년을 시점으로 정했다는 데 쏠렸다. 반도체 파운드리 업체 DB하이텍도 지난해부터 8인치 GaN 공정을 개발 중이다. 상용화 목표시점은 2025년이다.

SK하이닉스는 지난해 5758억을 들여 인수한 키파운드리를 통해 8인치 GaN 파운드리 사업을 모색하고 있다. 지난해 관련 연구개발 조직을 신설한 것으로 전해진다. 상용화 시점을 구체적으로 밝히진 않았으나 업계에서는 타사와 비슷한 2025~2026년쯤으로 보고 있다. 국내 주요 파운드리 업체들이 2025년을 기점으로 전력반도체 상용화 경쟁을 본격 시작한다는 것이다.


SiC, GaN 등 신소재 전력반도체는 기존 실리콘 웨이퍼로 만들어진 반도체가 전기차, 에너지저장시스템(ESS), 5G·6G 통신 인프라 등 고열·고압 환경에서 버티기 어려운 문제가 있는 탓에 필요성이 대두됐다. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 화합물 기반 전력반도체 시장은 지난해 9억8000만달러(약 1조2000억원)에서 2025년 47억1000만달러(약 6조1000억원)로 5배, 연평균 48% 성장이 기대되고 있다.

GaN 반도체는 전자의 움직임이 자유로워, 고전압 및 고온, 고주파수 환경에서도 동작이 유리하다. 전기흐름을 제어하는 스위칭 속도 역시 빠르다. 덕분에 가전용 IT기기, 무선통신(RF), 차량용 반도체 등 다양한 산업에서 수요가 급증하고 있다. 트렌드포스에 따르면 전 세계 GaN 시장 규모는 지난해 2억9200만달러에서 2026년 17억6800만 달러로 연평균 57%의 급성장세가 전망되고 있다.